Seus simpáticos beija-flores da vizinhança. Se os drones tivessem esse combo, eles seriam capazes de manobrar melhor através de prédios desmoronados e outros espaços confusos para encontrar vítimas presas.

Pesquisadores da Universidade de Purdue projetaram robôs voadores que se comportam como beija-flores, treinados por algoritmos de aprendizado de máquina baseados em várias técnicas que a ave usa naturalmente todos os dias.

Isso significa que, depois de aprender com uma simulação, o robô “sabe” como se movimentar sozinho como um beija-flor, como discernir quando executar uma manobra de escape.

A inteligência artificial, combinada com asas de flapping flexíveis, também permite que o robô aprenda novos truques. Mesmo que o robô ainda não possa ver, por exemplo, detecta tocando em superfícies. Cada toque altera uma corrente elétrica, que os pesquisadores perceberam que podiam rastrear.

“O robô pode essencialmente criar um mapa sem ver seus arredores. Isso pode ser útil em uma situação em que o robô pode estar procurando vítimas em um local escuro – e isso significa que um sensor a menos será adicionado quando damos ao robô a capacidade para ver “, disse Xinyan Deng, professor associado de engenharia mecânica na Purdue.

Os pesquisadores apresentarão seus trabalhos no dia 20 de maio na Conferência Internacional de Robótica e Automação em Montreal, em 2019. Um vídeo do YouTube está disponível em https://youtu.be/jhl892dHqfA .

Os drones não podem ser infinitamente menores, devido ao modo como a aerodinâmica convencional funciona. Eles não seriam capazes de gerar sustentação suficiente para suportar seu peso.

Mas os beija-flores não usam a aerodinâmica convencional – e suas asas são resilientes. “A física é simplesmente diferente; a aerodinâmica é intrinsecamente instável, com altos ângulos de ataque e alta sustentação. Isso possibilita a existência de animais menores e também é possível reduzir a escala dos robôs das asas”, disse Deng.

Pesquisadores vêm tentando há anos decodificar o vôo do beija-flor para que os robôs possam voar onde aviões maiores não possam. Em 2011, a empresa AeroVironment, comissionada pela DARPA, uma agência do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, construiu um beija-flor robótico que era mais pesado que um real, mas não tão rápido, com controles de voo parecidos com helicópteros e manobrabilidade limitada. É necessário que um ser humano esteja sempre atrás de um controle remoto.

O grupo de Deng e seus colaboradores estudaram os beija-flores por vários verões em Montana. Eles documentaram as principais manobras do beija-flor, como fazer uma curva rápida de 180 graus, e as traduziram para algoritmos de computador que o robô poderia aprender quando ligado a uma simulação.

Um estudo mais aprofundado sobre a física de insetos e beija-flores permitiu que pesquisadores da Purdue construíssem robôs menores que beija-flores – e até pequenos como insetos – sem comprometer a maneira como eles voam. Quanto menor o tamanho, maior a frequência de flapping das asas e mais eficientemente eles voam, diz Deng.

Os robôs têm corpos impressos em 3D, asas feitas de fibra de carbono e membranas de corte a laser. Os pesquisadores construíram um robô beija-flor pesando 12 gramas – o peso médio do adulto Magnificent Hummingbird – e outro robô do tamanho de um inseto que pesa 1 grama. O robô beija-flor pode levantar mais do que seu próprio peso, até 27 gramas.

Projetar seus robôs com maior sustentação dá aos pesquisadores mais espaço para eventualmente adicionar uma bateria e tecnologia de detecção, como uma câmera ou GPS. Atualmente, o robô precisa ser amarrado a uma fonte de energia enquanto voa – mas isso não será por muito mais tempo, dizem os pesquisadores.

Os robôs podem voar silenciosamente como um verdadeiro beija-flor, tornando-os mais ideais para operações secretas. E eles permanecem firmes através da turbulência, que os pesquisadores demonstraram ao testar as asas dinamicamente escaladas em um tanque de óleo.

O robô requer apenas dois motores e pode controlar cada asa independentemente do outro, o que é como os animais voadores realizam manobras altamente ágeis na natureza.

“Um beija-flor real tem vários grupos de músculos para fazer derrames de força e direção, mas um robô deve ser o mais leve possível, para que você tenha o máximo desempenho com peso mínimo”, disse Deng.

Os beija-flores robóticos não apenas ajudariam nas missões de busca e resgate, mas também permitiriam que os biólogos estudassem de forma mais confiável os beija-flores em seu ambiente natural através dos sentidos de um robô realista.

“Aprendemos com a biologia para construir o robô, e agora descobertas biológicas podem acontecer com ajuda extra de robôs”, disse Deng.

Simulações da tecnologia estão disponíveis em código aberto em https://github.com/purdue-biorobotics/flappy .

Os estágios iniciais do trabalho, incluindo os experimentos com beija-flores de Montana em colaboração com o grupo de Bret Tobalske na Universidade de Montana, foram apoiados financeiramente pela National Science Foundation.

Este trabalho está alinhado com a comemoração dos Giant Leaps da Purdue, reconhecendo os avanços globais da universidade feitos em IA, algoritmos e automação como parte do 150º aniversário da Purdue. Este é um dos quatro temas do Festival de Ideias da comemoração de um ano, concebido para mostrar Purdue como um centro intelectual que resolve problemas do mundo real.

Fonte: Universidade de Purdue

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